雷達料位計在水泥廠中的應(yīng)用

物位是水泥工業(yè)生產(chǎn)過程的主要測量參數(shù)之一，和其他行業(yè)不同，在水泥工業(yè)中主要是固體物料的物位測量，液位測量則很少。固體物料種類繁多，有塊料、顆粒狀、粉料，這些物料的介電常數(shù)、容重、溫度、水分含量也各不相同。接觸式測量是過去測量物位的主要手段，如電容式、重錘式、音叉式、阻旋式等測量方法，由于測量時儀表和物料是接觸的，在使用過程中往往會出現(xiàn)各種問題，如電容的掛料;重錘的斷錘、埋錘;音叉的堵料等，且日常的維護量很大。到20世紀90年代，水泥工業(yè)開始采用非接觸的物位測量，較早成熟的非接觸的測量技術(shù)有超聲波技術(shù)和核輻射技術(shù)(γ射線)，核輻射技術(shù)因有放射源，在應(yīng)用上受到限制。

超聲波技術(shù)近幾年來發(fā)展很快，是目前應(yīng)用最廣泛的非接觸式測量方法，特別在液位測量。在水泥廠超聲波物位測量已較普遍應(yīng)用在原料調(diào)配庫、原煤庫、熟料庫等，但超聲波必須借助于媒質(zhì)傳播，如在水泥廠的儲庫物位測量通常以空氣作為傳播介質(zhì)，而空氣的溫度、濕度、組分等的變化會影響超聲波傳播速度，空氣中的粉塵也將衰減超聲波的傳播信號;當(dāng)前超聲波物位測量僅用于測量塊料或顆粒狀的物料，對粉倉料位的測量，由于粉倉料位表面在下料時非常疏松，對超聲波信號有較強的衰減，故至今還沒有測粉倉料位成功的先例。

90年代末期，在過程檢測領(lǐng)域出現(xiàn)了高性能、低價格的微波物位計即雷達料位計，所謂微波是電磁波，其頻率范圍為300MHz～300GHz,微波的傳播速度為3×108m/s,如設(shè)頻率為5.8GHz,在大氣中波長約為52mm，其穿透力強，傳播速度不受粉塵、蒸汽及介質(zhì)組分的影響，傳播衰減也很小;對被測固體物料除要求其介電常數(shù)ε>1.8外，物料的溫度、壓力、密度等幾乎不影響對其準確的測量;現(xiàn)有雷達料位計在天線設(shè)計和形狀確保了接受回波的能量;另外現(xiàn)場調(diào)試也十分簡單，通過專用的軟件，能把正確的回波迅速找到，并立即換算為物位值。由于比超聲料位計有其更卓越的性能，近幾年來，雷達料位計迅速、大量進入了過程檢測儀表的市場，在各行業(yè)普遍使用。在水泥行業(yè)也幾乎由雷達料位計統(tǒng)占物位測量的領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計近幾年來新設(shè)計的大型水泥廠和粉磨站的各類庫和倉近90%采用了各種類型的雷達料位計，，還成功用在云南紅塔滇西水泥公司的3條水泥生產(chǎn)線的8個水泥庫中，和其他儀表組成了新型的FCS系統(tǒng)。

2　雷達料位測量原理和主要技術(shù)因素

雷達料位計是利用回波測距原理。發(fā)射天線向被測目標發(fā)射微波，被測目標的微波被接收天線接收，信號處理器將發(fā)射信號與接收信號比較，計算出被測距離，并可算出相應(yīng)的物位值。

微波脈沖來回傳播時間t由下式?jīng)Q定：

t=　　(1)

式中：a—天線到被測目標的距離;

c—微波傳播的速度(光速)。

由于微波在傳播途徑上有衰減和干擾反射，故測量的關(guān)鍵是要能接收到反射回波，并識別出有效回波。接收的回波能量Pk可用簡化的雷達方程表示如下：

Pk=PτxCxGiGtGr/r4　　(2)

式中：Pτ—天線輻射功率;

C—經(jīng)驗系數(shù)，由經(jīng)驗決定;

Gi—由目標表面介電特性及面積決定的反射增益;

Gt，Gr—天線發(fā)射和接收效率;

r—天線與目標間的距離。

從式(2)知：接收的回波能量大小與天線的發(fā)射和接收效率以及天線輻射功率有關(guān)，故雷達料位計的天線設(shè)計和形狀很關(guān)鍵，現(xiàn)有的天線除號角天線(喇叭口)和棒狀天線外，還有平面天線和拋物面天線，為用于介電常數(shù)較小的物料，將纜繩作為天線或安裝導(dǎo)波管，纜繩和導(dǎo)波管一直延伸到庫或倉底，由此來傳遞發(fā)送和接收的電磁波，增強了回波的信號。

從式(2)還知：接收的回波能量大小與物料表面的介電特性有關(guān)，介電常數(shù)ε高，反射率高，得到的回波強度也高;介電常數(shù)ε低，物料會吸收部分微波的能量，回波強度也較低。通常要求被測物料的介電常數(shù)ε：液體為ε>1.8,固體ε>2.5，水泥廠固體ε>2.5，水泥的介電常數(shù)ε為3。

在水泥工廠，各種固體物料儲存在庫或倉里，都存在物料的安息角，回波反射也會象超聲波一樣存在漫反射，產(chǎn)生干擾回波和假回波，通過軟件可排除干擾回波和假回波，但有效回波強度會減少很多，故設(shè)計選型時，要考慮衰減，選量程要留有一定的余量。